Cromatografía de intercambio iónico

Cromatografía de intercambio iónico

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La cromatografía de intercambio iónico (o cromatografía iónica) es un proceso que permite la separación de iones y moléculas polares basado en las propiedades de carga de las moléculas. Puede ser usada en casi cualquier tipo de molécula cargada, incluyendo grandes proteínas, pequeños nucleótidos y aminoácidos. La solución que debe inyectarse es usualmente llamada "muestra" y los componentes separados individualmente son llamados analitos. Es usada a menudo en purificación de proteínas, análisis de agua u control de calidad.

Historia

Los métodos iónicos han sido utilizados desde 1850, cuando H. Thompson y J. T. Way, investigadores de Inglaterra, trataron diversas arcillas con sulfato de amonio o carbonato en solución para extraer el amoníaco y liberar calcio. En 1927, la primera columna de zeolita mineral fue utilizada para eliminar iones de calcio y magnesio que interferían en la solución, para determinar el contenido de sulfato de agua. La versión moderna de la IEC se desarrolló durante la época de la guerra del Proyecto Manhattan. Era necesaria una técnica para separar y concentrar los elementos radiactivos necesarios para hacer la bomba atómica. Los investigadores eligieron absorbentes que pudieran cerrarse sobre elementos transuránidos cargados, y que pudieran ser eliminados diferencialmente. Últimamente, una vez desclasificado, estas técnicas pueden utilizar nuevas resinas IE para desarrollar los sistemas que se utilizan a menudo hoy en día para la purificación específica de productos biológicos y de sustancias inorgánicas. A principios de los '70, la cromatografía iónica, fue desarrollada por Hamish Small y sus compañeros de trabajo en Dow Chemical Company como un novedoso método de IEC utilizables en el análisis automatizado. CI utiliza resinas iónicas más débiles para su fase estacionaria y una nueva neutralización de stripper, o supresor de la columna para eliminar los iones quitados que se depositan en el fondo. Es una poderosa técnica para determinar bajas concentraciones de iones y es especialmente útil en estudios sobre el medio ambiente y la calidad del agua, entre otras aplicaciones.

La tecnología de Dow Chemical fue adquirida por Durrum Instrument Corp. (fabricante del Durrum D-500), que luego formó una unidad de negocios separada para sus nuevos productos CI, llamada Dionex (Dow Ion Exchange). Dionex Corporation fuer incorporada en 1980 en Sunnyvale, California , y dirigida por A. Blaine Bowman, que adquirió los activos de Dionex.

Principios

La cromatografía de intercambio iónico conserva los analitos basandóse en las interacciones de Coulomb. La fase estacionaria muestra en la superficie grupos funcionales iónicos que interactúan con iones de carga opuesta del analito. Este tipo de cromatografía se subdivide a su vez en la cromatografía de intercambio catiónico y cromatografía de intercambio aniónico:

• La cromatografía de intercambio catiónico retiene cationes cargados positivamente debido a que la fase estacionaria muestra un grupo funcional cargado negativamente, como un ácido fosfórico
• La cromatografía de intercambio de aniones retiene aniones usando grupos funcionales cargados positivmente, como un catión de amonio cuaternario.

R-A^-H⁺ + M⁺ + B^- <--> R-A^-M⁺ + H⁺ + B^-

Separación de proteínas

Las proteínas tienen numerosos grupos funcionales que tienen cargas postivas y negativas. La cromatografía de intercambio iónico separa las proteínas de acuerdo a su carga neta, la cual depende la composición de la fase móvil. Ajustando el pH o la concentración de iones de la fase móvil, varias moléculas de proteína pueden ser separadas. Por ejemplo, si la proteína tiene una carga positiva con un pH de 7, entonces puede unirse a una columna cargada negativamente, mientras que una proteína con carga negativa no lo podría hacer. También podría eliminarse cambiando el pH para que la carga neta de la proteína sea negativa.

La elución por el cambio de la fuerza iónica en la fase móvil tiene un efecto más sutil, trabaja como iones de la fase móvil interactuando con los iones inmovilizados en preferencia sobre estos en la fase estacionaria. Estos "escudos" de la fase estacionaria de la proteína, (y viceversa), y permite a la proteína eluirse.

Técnica típica

Un muestra es introducida, de forma manual o con autosampler, dentro de un ciclo de muestras de volumen conocido. Una solución buffer acuosa conocida como fase móvil del bucle a la columna que contiene alguna forma de material en fase estacionaria. Esto es típicamente una resina o matriz de gel que consiste en agarosa o celulosa unido a grupos funcionales cargados. Los analitos objetivo (aniones o cationes) son conservados en la fase estacionariapero pueden ser eliminados incrementando la concentración de especies de similar carga que pueden desplazar los iones analitos de la fase estacionaria. Por ejemplo, en la cromatografía de intercambio catiónico, los analitos cargados positivamente pueden ser desplazados agregando iones de sodio cargados positivamente. Los analitos de interés pueden entonces ser detectados de varias maneras, típicamente por conductividad o por absorción de luz UV/Visible.

Para controlar un sistema CI, usualmente es necesario un Sistema de Datos Cromatográficos (Chromatography Data System, CDS). Además de los sistemas CI, algunos de estos CDS también pueden controlar sistemas de cromatografía de gas y HLPC.

Referencias

• Ion Chromatography de Hamish Small ISBN 0-306-43290-0
• Handbook of Ion Chromatography de Joachim Weiss, Dionex Corporation, ISBN 978-3-527-28701-7
• Ion Chromatography de James S. Fritz and Douglas T. Gjerde, ISBN 3-527-29914-9
• Ion Chromatography (Journal of Chromatography Library) de P.R. Haddad and P.E. Jackson, ISBN 0-444-88232-4

Véase también

• Punto isoeléctrico (pI)

Enlaces externos

• Cation exchange diagram (SVG)
• Cation exchange diagram (PDF)
• Anion exchange diagram (SVG)
• Anion exchange diagram (PDF)

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